具有用于加热和冷却车辆内部的辅助冷却剂回路的车辆暖通空调系统的制作方法

本文献总体上涉及车辆加热/冷却系统，并且更具体地涉及一种具有辅助冷却剂回路的车辆暖通空调系统。

背景技术：

在车辆中使用辅助暖通空调(HVAC)系统是众所周知的。这些辅助HVAC系统通常是混合空气系统——其类似于用作主HVAC系统的强迫通风HVAC系统——或仅是空气调节或仅是加热器的系统。这些辅助HVAC系统通常定位在车辆的乘客舱内。更具体地，辅助HVAC系统经常定位在后饰件总成中、中央控制台中、座椅的下方，或舱内其他位置。

与主HVAC系统一样，这些辅助HVAC系统通常具有考虑它们定位在乘客舱内的大的占用空间或封装尺寸。事实上，这些辅助HVAC系统经常包括下面的一些或全部，蒸发器芯、加热器芯、电加热器、鼓风机马达和机轮总成、鼓风机速度控制器、门、致动器和管道。更多地，在较大车辆——比如运动型多用途车辆(SUV)、跨界多用途车辆(CUV)、厢式货车和混合动力车辆——中用于辅助HVAC系统的管道系统通常是大范围的并且延伸贯穿乘客舱以便将已调节的空气分配到舱内的不同位置(例如，车辆的第二、第三、第四、或第五排)。

尽管相比于较小、更紧凑车辆，较大的车辆可以提供乘客舱内更多的立方英尺，但是附加空间经常用于各种所需特征(例如，穿过乘客舱的每排就座的三个人以上)。在这些情况下，乘客舱内的空间可以变得有限。例如，容纳这种类型的就座设置或其它所需特征和大的辅助HVAC系统可能对于车辆设计者是困难的且繁重的。因此，存在对能够加热和冷却乘客舱、或乘客舱内的区域，同时保持最小的占用空间或封装尺寸以为车辆设计者提供增加的灵活性的辅助HVAC系统的需要。

辅助HVAC系统将使用辅助冷却剂回路系统，该辅助冷却剂回路系统尺寸小并且允许较短的管道延伸以用于整个乘客舱的多区域调节。更多地，较少的和/或可能较小的热交换器可以被使用以限制辅助HVAC系统的整个封装尺寸或占用空间。这种辅助HVAC系统也可以提供相比于全乘客舱的解决方案更低能量消耗的点加热和冷却，和其中部件是温度临界性(例如，电池组)的位置处的部件冷却。

技术实现要素：

根据本文所描述的目的和益处，提供一种车辆。该车辆可以被概括地描述为包含用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)系统，该HVAC系统包括制冷剂回路和冷却剂回路，和用于加热和冷却乘客舱的至少一部分的辅助冷却剂回路，该辅助冷却剂回路包括将辅助冷却剂回路内的冷却剂移动通过连接到制冷剂回路的第一热交换器的泵、定位在乘客舱内的第二热交换器、和连接到冷却剂回路的第三热交换器、以及用于控制冷却剂向连接到冷却剂回路的第三热交换器的流动的流量控制阀，以及用于控制制冷剂向第一热交换器的流动的膨胀装置。流量控制阀和泵被用以控制辅助冷却剂回路内的冷却剂的温度。

在一个可行的实施例中，第二热交换器是冷却剂对空气热交换器。在另一个可行的实施例中，车辆进一步包括用于将空气移动通过第二热交换器并且进入乘客舱中的鼓风机。在又一可行的实施例中，车辆进一步包括至少一个通风装置，通过该至少一个通风装置，空气进入乘客舱。

在又一可行的实施例中，第一热交换器和第三热交换器并联地连接，辅助冷却剂回路包括用于控制冷却剂向第一热交换器和第三热交换器的移动的双通流量控制阀，并且泵连接在第二热交换器和双通流量控制阀之间。

在另一个可行的实施例中，辅助冷却剂回路进一步包括定位在乘客舱内的第四热交换器、连接到冷却剂回路的第五热交换器、和第二流量控制阀。更多地，第二流量控制阀和泵被用以控制移动通过辅助冷却剂回路内的第四热交换器的冷却剂的第二温度。

在又一可行的实施例中，第四热交换器是冷却剂对空气热交换器，并且车辆进一步包括用于将空气移动通过第四热交换器并且进入乘客舱中的第二鼓风机。

在又一可行的实施例中，辅助冷却剂回路进一步包括用于选择性地引导移动的冷却剂通过容纳有部件的舱以便调节部件的温度的阀。

在另一个可行的实施例中，膨胀装置用来进一步在冷却模式下控制辅助冷却剂回路内的冷却剂的温度。

在第二可行的实施例中，车辆包括具有多个区域的乘客舱、用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)系统、以及用于加热和冷却乘客舱内的多个区域的辅助冷却剂回路，其中HVAC系统包括制冷剂回路和冷却剂回路，其中辅助冷却剂回路包括泵，该泵用于将辅助冷却剂回路内的冷却剂移动通过由电动膨胀装置连接到制冷剂回路的第一热交换器，并且通过与泵和第一热交换器并联连接的多个回路，多个回路中的每个包括定位在乘客舱内的第二热交换器、和通过流量控制阀连接到冷却剂回路的第三热交换器。泵和多个回路中的每个的流量控制阀被用以控制多个回路中的每个内的冷却剂的温度。

在另一个可行的实施例中，膨胀装置用来进一步控制辅助冷却剂回路内的冷却剂的温度。

在又一可行的实施例中，多个回路中的每个与多个区域中的一区域相关联。

在又一可行的实施例中，每个第二热交换器是冷却剂对空气热交换器。

在又一可行的实施例中，车辆进一步包括多个鼓风机，其中多个回路中的每个包括用于将空气移动通过多个回路中的每个的第二热交换器并且进入乘客舱中的多个鼓风机中的至少一个鼓风机。

在另一个可行的实施例中，车辆进一步包括多个通风装置，并且多个通风装置中的每个与多个鼓风机中的至少一个相关联，通过该通风装置，空气进入乘客舱中。

在又一可行的实施例中，多个回路中的每个包括多个鼓风机中的一个和多个通风装置中的一个，并且与多个区域中的一个区域相关联。

根据本文所描述的目的和益处，提供一种加热和冷却车辆中乘客舱的至少一个区域的方法，其中车辆具有暖通空调(HVAC)系统，该暖通空调(HVAC)系统包括用于通过定位在前部控制台内的通风装置加热和冷却乘客舱的制冷剂回路和冷却剂回路，方法包含以下步骤：(a)将冷却剂泵送通过辅助冷却剂回路；(b)使用通过膨胀装置与制冷剂回路相关联的第一热交换器和与冷却剂回路相关联的第二热交换器来改变冷却剂的温度；和(c)使空气穿过冷却剂所移动通过的第三热交换器，第三热交换器定位在乘客舱中，并且至少一个通风装置定位在乘客舱的至少一个区域内。

在另一个可行的实施例中，改变冷却剂的温度的步骤包括使用流量阀来控制流动通过第二热交换器的冷却剂。

在又一可能的实施例中，第一热交换器和第三热交换器并联地连接，流量阀是双通阀，并且泵连接在第二热交换器和流量阀之间，并且进一步包含步骤(d)使用流量阀来控制第一热交换器和第三热交换器之间的冷却剂的移动。

在又一可行的实施例，方法进一步包括步骤(e)引导所述辅助冷却剂回路内的冷却剂的至少一部分通过容纳有部件的舱以便调节部件的温度。

在下面的描述中，示出且描述了使用用于控制乘客舱内的温度的辅助冷却剂回路的车辆和加热和冷却包含该冷却剂回路的乘客舱的至少一个区域的相关方法的几个实施例。如应当认识到的是，方法和系统能够是其它、不同的实施例并且它们的若干细节能够在各种明显的方面修改，而所有不脱离下面权利要求书中所阐述和所描述的车辆和方法。因此，附图和说明书应被视为本质上是说明性的而不是限制性的。

附图说明

并入本文并且形成说明书的一部分的附图示出了车辆和方法的几个方面，并与说明书一起用来解释它们的某些原理。在附图中：

图1是具有用于加热和/或冷却乘客舱的至少一部分的辅助冷却剂回路的车辆暖通空调(HVAC)系统的示意图；

图2是具有用于加热和/或冷却乘客舱的至少一部分的辅助冷却剂回路的车辆HVAC系统的示意图，其中冷却剂回路与加热回路并联地连接，用于单独使用以提供冷却或加热，或者一起使用以提供混合冷却剂温度；

图3是具有用于加热和/或冷却乘客舱的至少一部分的辅助冷却剂回路的车辆HVAC系统的示意图，其中具有用于加热和/或冷却乘客舱内的两个附属区域的两个区域回路；

图4是具有用于加热和/或冷却乘客舱的至少一部分的辅助冷却剂回路的车辆HVAC系统的示意图，其中具有用于加热和/或冷却乘客舱内的三个附属区域的三个区域回路；以及

图5是具有用于加热和/或冷却乘客舱的至少一部分的辅助冷却剂回路的车辆HVAC系统的示意图，其中具有用于选择性地引导冷却剂通过容纳部件的舱以冷却部件的双通阀。

现在将详细地参照使用用于控制乘客舱内的温度的辅助冷却剂回路的车辆和加热和冷却乘客舱的至少一个附属区域的相关方法的目前优选的实施例，其示例在附图中被图示，其中相同的附图标记用来表示相同的元件。

具体实施方式

现在参照图1，图1示出了连接到用于加热和冷却乘客舱14的至少一部分的辅助冷却剂回路12的典型的车辆加热和冷却系统10的示意图。车辆冷却和加热系统10包括主暖通空调(HVAC)系统，该主暖通空调(HVAC)系统包括用于通过定位在仪表板20内的通风装置18加热和冷却乘客舱14的制冷剂回路16和发动机冷却剂回路17(以虚线示出)。

在所描述的实施例中，制冷剂回路16包括通过相应地由车辆的曲轴26驱动的压缩机皮带24驱动的传统压缩机22。在操作中，压缩机22压缩流体(其在所描述的实施例中是制冷剂)，从而提高制冷剂的温度(T)。高温、高压气体制冷剂离开压缩机22，如通过动作箭头28所示，并且流入冷凝器30。

概括地说，在所描述的实施例中，冷凝器30被定位在发动机舱的前部并且冷却制冷剂。在冷凝器内或热交换器30外，高温、高压气体制冷剂主要由于外部空气的影响而被冷凝，并且被液化。车辆可以包括控制允许越过外部热交换器30的空气量的活动格栅32。如图所示，在所描述的实施例中也可以使用风扇34以产生且调节通过活动格栅32、越过外部热交换器30和发动机散热器36的空气量。

高压、液化的制冷剂然后被发送到第一(冷却)膨胀装置38和第二(冷却)膨胀装置40，如分别通过动作箭头42和44所示。在第一(冷却)膨胀装置38中，液体制冷剂膨胀为低温、低压液体和蒸气混合制冷剂。这种低温、低压液体和蒸气混合制冷剂被供应给制冷剂对空气热交换器或蒸发器——由附图标记46表示。制冷剂的流量的调节或节流用来控制蒸发器46内的制冷剂的温度。

在冷却模式下，流过蒸发器46的加温、潮湿的空气将其热量传递到蒸发器内的较冷的制冷剂。副产品是降低温度的空气和来自从蒸发器46发送到车辆的外部的空气的冷凝水。鼓风机48吹动空气穿过蒸发器46并且通过一个或多个通风装置18到乘客舱14。这个过程导致乘客舱14具有在其中较冷、较干燥的空气。

在第二(冷却)膨胀装置40中，液体制冷剂类似地膨胀为低温、低压液体和蒸气混合制冷剂。这种低温、低压液体和蒸气混合制冷剂被供应给与辅助冷却剂回路12相关联的制冷剂对冷却剂热交换器50，其中热量从辅助冷却剂回路内的冷却剂传递到制冷剂。在所描述的实施例中，制冷剂对冷却剂热交换器50被定位在乘客舱14内。然而，在供选择的实施例中，制冷剂对冷却剂热交换器50可以位于车辆的下方或发动机舱内。另外，制冷剂的流量的调节或节流用来控制制冷剂对冷却剂热交换器50内的制冷剂的温度。

低压制冷剂离开制冷剂对冷却剂热交换器50，如通过动作箭头54所示，并且与离开蒸发器46的低压制冷剂重新组合，如通过动作箭头52所示，并且重新进入压缩机22，其中制冷剂再次压缩且循环通过系统10。

如上所示，系统10进一步包括发动机冷却回路17，该发动机冷却回路17包括将冷却剂或防冻剂泵送通过发动机56的冷却剂泵(未示出)。冷却剂吸取来自发动机56的热量并且将加热的冷却剂的一部分发送通过定位在车辆HVAC壳体内的冷却剂对空气热交换器58。在加热模式下，混合门(未示出)用来调节由鼓风机48产生的空气流，以允许空气经过或部分地通过冷却剂对空气热交换器58。流过冷却剂对空气热交换器58的加热的冷却剂的一部分将其热量传递到流过冷却剂对空气热交换器的空气。副产品是通过通风装置18进入乘客舱14的升高温度的空气和降低温度的冷却剂。

加热的冷却剂的另一部分移动通过流量控制阀60，如通过动作箭头62所示，到达发动机冷却剂对冷却剂热交换器64。在加热模式下，流量控制阀60允许加热的冷却剂进入发动机冷却剂对冷却剂热交换器64并且将热量传递到辅助冷却剂回路12内移动的冷却剂，如将在下面更详细地描述。从冷却剂对空气热交换器58和发动机冷却剂对冷却剂热交换器64流动的现在降低温度的发动机冷却剂的部分，如分别通过动作箭头66和68所示，在移动回通过发动机56之前被重新组合，其中冷却剂如上所述的再加热且循环通过系统10。

在辅助冷却剂回路12内，泵70将冷却剂移动通过回路。泵70和流量控制阀60一起工作来控制冷却剂的温度。如上所述，流量控制阀60调节移动通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器64的加热的发动机冷却剂的量，并且在加热模式下，允许加热的发动机冷却剂流过热交换器64。辅助冷却剂回路12中的冷却剂在加热的冷却剂被泵入制冷剂对冷却剂热交换器50之前通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器64时吸收热量。

在加热模式下，其中压缩机关闭，没有制冷剂移动通过第二(冷却)膨胀装置40或制冷剂对冷却剂热交换器50，辅助冷却剂回路12内移动的冷却剂通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器64内的热量的传递保持加温。加温的冷却剂然后移动到定位在乘客舱14内的冷却剂对空气热交换器74。鼓风机76产生穿过冷却剂对空气热交换器74的空气流，导致流过冷却剂对空气热交换器的空气的加温。加温的空气流入管道78且流出定位在乘客舱14内的一个或多个通风装置80。这个过程导致乘客舱14的至少一部分具有在其中较暖和的空气。

在冷却模式下，流量控制阀60限制流过热交换器64的加热的发动机冷却剂的量。这个动作在冷却剂被泵入制冷剂对冷却剂热交换器50之前移动通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器64时限制通过辅助冷却剂回路12中冷却剂的热量的吸收。辅助冷却剂回路12内移动的并且通过制冷剂对冷却剂热交换器50的冷却剂在冷却模式下使用第二(冷却)膨胀阀40来冷却。冷却的冷却剂然后移动到定位在乘客舱14内的冷却剂对空气热交换器74。

此外，鼓风机76产生穿过冷却剂对空气热交换器74的空气流。流过冷却剂对空气热交换器74的加温的、潮湿空气将其热量传递到冷却剂对空气热交换器内较冷的冷却剂。冷却的空气流入管道78且流出定位在乘客舱14内的一个或多个通风装置80。这个过程导致乘客舱14的至少一部分具有在其中较冷的、较干燥的空气。如上所述，制冷剂的流量的调节或节流用来控制制冷剂对冷却剂热交换器50内的制冷剂的温度。增加制冷剂的流量必然降低辅助冷却剂回路12内的冷却剂的温度。

在供选择的实施例中，流量控制阀60，结合可以用来控制流过制冷剂对冷却剂热交换器50的制冷剂的量的第二(冷却)膨胀阀40，可以用来控制流过热交换器64的加热的发动机冷却剂的量。流量控制阀60和第二(冷却)膨胀阀40一起调节辅助冷却剂回路内的冷却剂的温度，而不管操作模式。

在图2中所示的另一个供选择的实施例中，双通流量控制阀90被包括在辅助冷却剂回路12中。双通阀90控制通过加热回路92和冷却回路96的冷却剂的移动，其中加热回路92包括发动机冷却剂对冷却剂热交换器94，冷却回路96包括制冷剂对冷却剂热交换器98。在该实施例中，加热回路92和冷却回路96并联地连接并且泵100被定位在冷却剂对空气热交换器102和双通阀90之间。以这种方式中，双通阀90可以用来在冷却模式下绕过加热回路92或在加热模式下绕过冷却回路96。

供选择地，双通阀90可以用来混合来自加热回路92和冷却回路96的冷却剂，以控制被泵入冷却剂对空气热交换器102的冷却剂的温度并且必然地控制乘客舱中空气的温度。更多地，泵100可以被定位在发动机冷却剂对冷却剂热交换器94和冷却剂对空气热交换器102之间，或者多个泵可以在辅助冷却剂回路内使用。

在图3中所示的另一个供选择的实施例中，辅助冷却剂回路110包括在双区域结构中的第二发动机冷却剂对冷却剂热交换器112、流量控制阀114、和冷却剂对空气热交换器116。在该结构中，包括第一发动机冷却剂对冷却剂热交换器120、流量控制阀122、和冷却剂对空气热交换器124的第一区域回路118与第二区域回路126并联。第二区域回路126包括第二发动机冷却剂对冷却剂热交换器112、流量控制阀114、和冷却剂对空气热交换器116。这个双回路结构允许乘客舱14的两个区域内的加热和/或冷却。

如上所述，泵70将冷却剂移动通过制冷剂对冷却剂热交换器50。在冷却模式下，第二(冷却)膨胀装置40将液体制冷剂膨胀为低温、低压液体和蒸气混合制冷剂。这种低温、低压液体和蒸气混合制冷剂被供应给与辅助冷却剂回路110相关联的制冷剂对冷却剂热交换器50，其中热量从辅助冷却剂回路内的冷却剂传递到制冷剂。

在加热模式下，其中压缩机关闭，没有制冷剂移动通过第二(冷却)膨胀装置40或制冷剂对冷却剂热交换器50，辅助冷却剂回路12内移动的冷却剂通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器112和120——其本身通过流量控制阀114和122控制——内的热量的传递保持加温。在加热模式下，例如，流量控制阀114和122限制分别通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器112和120的加热的发动机冷却剂的量。因为没有加温的冷却剂移动通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器112和120，所以辅助冷却剂回路110内移动的冷却剂通过向第二(冷却)膨胀装置40内的制冷剂的热量传递保持冷却。

如上所述，在双区域结构中，第一鼓风机128选择性地产生穿过第一冷却剂对空气热交换器124的空气流并且第二鼓风机130选择性地产生穿过第二冷却剂对空气热交换器116的空气流。流过冷却剂对空气热交换器的加温的、潮湿空气在冷却模式下将其热量传递给冷却剂对空气热交换器内的较冷的冷却剂。冷却的空气流入管道132并且流出定位在乘客舱14内的一个或多个通风装置134。这个过程在冷却模式下导致乘客舱14具有在其中较冷的、较干燥的空气。在加热模式下，流过冷却剂对空气热交换器的冷空气吸收来自冷却剂对空气热交换器内较热的冷却剂的热量并且流出管道132进入乘客舱14。

根据车辆乘员的需求，第一区域回路118可以用来冷却乘客舱14的一部分，而第二区域回路126可以用来加温乘客舱的不同部分。以这种方式，可以根据车辆乘员的需求在乘客舱内提供选择性的加热和冷却。

在图4所示的又一供选择的实施例中，辅助冷却剂回路110包括在多区域结构中的第三发动机冷却剂对冷却剂热交换器136、流量控制阀138、和冷却剂对空气热交换器140。在该结构中，包括第一发动机冷却剂对冷却剂热交换器120、流量控制阀122、和冷却剂对空气热交换器124的第一区域回路118在三回路结构中与包括第二发动机冷却剂对冷却剂热交换器112、流量控制阀114、和冷却剂对空气热交换器116的第二区域回路126，以及包括第三发动机冷却剂对冷却剂热交换器136、流量控制阀138、和冷却剂对空气热交换器140的第三区域回路142并联。这个三回路结构允许乘客舱14的多个区域内的加热和/或冷却。

如上所述，泵70将冷却剂移动通过制冷剂对冷却剂热交换器50，其将液体制冷剂膨胀为低温、低压液体和蒸气混合制冷剂。这种低温、低压液体和蒸气混合制冷剂被供应给与辅助冷却剂回路110相关联的制冷剂对冷却剂热交换器50，其中在冷却模式下，热量从辅助冷却剂回路内的冷却剂传递到制冷剂。在加热模式下，没有制冷剂移动通过第二(冷却)膨胀装置40或制冷剂对冷却剂热交换器50，所以辅助冷却剂回路110内移动的冷却剂通过发动机冷却剂对冷却剂热交换器112、120和136内的热量的传递保持加温。这些过程除了附加并联回路142之外与双回路和三回路实施例中是相同的。

同样地，第三鼓风机选择性地产生穿过第三冷却剂对空气热交换器140的空气流。流过冷却剂对空气热交换器的加温的、潮湿空气在冷却模式下将其热量传递到冷却剂对空气热交换器内的较冷的冷却剂。冷却的空气流入管道132中并且流出定位在乘客舱14内的一个或多个通风装置134。这个过程在冷却模式下导致乘客舱14具有在其中较冷的、较干燥的空气。在加热模式下，流过冷却剂对空气热交换器140的冷空气吸收来自冷却剂对空气热交换器内较热的冷却剂的热量并且流出管道132和通风装置134进入乘客舱14。

在更多供选择的实施例中，辅助冷却剂回路可以包括一个或多个附加区域回路以提供乘客舱内多个区域内的个性化加热和/或冷却。如上所述，每个附加区域回路可以包括附加发动机冷却剂对冷却剂热交换器、流量控制阀、和冷却剂对空气热交换器。供选择地，某些回路可以共享一个或多个共用部件(例如，在保持单独的冷却剂对空气热交换器时，回路3和4可以共享发动机冷却剂对冷却剂热交换器和流量控制阀)。更多地，多个区域回路中的每个区域回路与其余区域回路并联地配置。该多个回路结构允许如上所述的乘客舱的多个区域内的加热和/或冷却。例如，第三排中的乘客可以从相关联的冷却剂对空气热交换器和鼓风机请求更热的空气，而第二排中的另一个乘客可以不从另一个相关联的冷却剂对空气热交换器和鼓风机请求空气、或请求更冷的空气。

在图5所示的另一个供选择的实施例中，双通阀146被加入到辅助冷却剂回路12，以用于选择性地引导移动的冷却剂——如通过动作箭头148所示——通过容纳有部件152的舱150以便调节部件(例如，电池组)的温度。双通阀146操作为允许冷却剂在辅助冷却剂回路12内正常移动或当期望部件冷却时被转移通过舱150。当然，如果多个舱在车辆内使用，则一个或多个阀可以加入到辅助冷却剂回路。

总之，许多益处从如本文献中所示的使用用于控制乘客舱内的温度的辅助冷却剂回路的车辆和加热和冷却包含该回路的乘客舱中至少一个区域的相关方法产生。辅助冷却剂回路系统以最小封装尺寸提供乘客舱内或乘客舱内的区域的加热和/冷却。这为车辆设计者提供增加的灵活性。辅助冷却剂回路系统的使用还允许更短的管道延伸以用于整个乘客舱的多区域空气调节和较少的和/或可能较小的热交换器的利用。更多地，系统允许相比于全乘客舱的解决方案导致更低的能源消耗的点加热和冷却，和其中部件是温度临界性的位置处的部件冷却。

前述已被呈现用于说明和描述的目的。它并非旨在是穷尽的或将实施例限制为所公开的精确形式。例如，在所描述的实施例中，膨胀装置可以是电子膨胀装置。鉴于上述教导，明显的修改和变化是可能的。当根据所附权利要求公平地、合法地和公正地享有的广度解释时，所有这些修改和变化都在所附权利要求的范围内。